东南大学电磁环境效应(E3)研究中心源于1965年开设的电子设备结构专业,1992年成立“东南大学电磁兼容研究室”,2007年成为国内首个国际无线电、通信与电磁协会(iNARTE)授权的电磁兼容工程师认证培训与考试中心,2010年建立“江苏省南京“无线谷”电磁兼容公共技术服务中心”。随着信息技术突飞猛进和全球第四次工业革命浪潮的到来,电磁环境效应已被提升为国家战略安全要素。为加快推进电磁环境效应技术研究,促进科技创新发展,2019年以“东南大学电磁兼容研究室”为基础成立“东南大学电磁环境效应研究中心”。
中心以国防和装备建设、智能制造、新能源汽车等国家重大战略需求为牵引,致力于电磁环境效应领域的科学问题、基础理论、关键技术、标准以及应用技术研究,坚持科研反哺教学的人才培养理念,为国防领域和国家重点行业培养专业技术人才。
中心设南京九龙湖校区和苏州校区两个基地,实现科学研究、人才培养、成果产业化、与地方经济社会一体化联动发展。
主要研究方向
紧密结合国家重大需求,聚焦于复杂系统E3设计与验证、复杂系统E3试验与评估、电磁兼容及防护材料与器件性能评价、E3标准技术及应用等方向;着力于系统间电磁环境效应及强电磁防护设计和验证评估,复杂电磁环境模拟和效应试验、电磁—热—力—声等多物理场耦合特性研究,新型材料电磁性能测试技术研究和强电磁防护试验装置研发,E3标准关键技术研究和应用管理系统研发。
主要技术能力
中心以工程电磁兼容性研究为切入点,结构设计和电磁兼容性理论结合,在电磁、热、机械振动、腐蚀等多环境场作用下的效应研究领域具有显著的学科专业特色。中心是国内为数不多的同时从事电磁兼容性国家标准和国家军用标准制订的单位,也是东南大学“机械电子工程”国防特色专业的重要力量。中心拥有省级科技服务平台—江苏省南京“无线谷”电磁兼容公共技术服务中心,建有5m法暗室、10m法开阔场、屏蔽室、混波室等设施,仪器覆盖频率20Hz~20GHz,在电磁兼容性材料性能测试领域具有鲜明特色和技术优势。
图1 5米法电磁兼容暗室
在E3设计与验证方面,针对高强度辐射电磁场下的系统电磁防护设计,基于电磁拓扑理论,定量研究复杂线缆网络终端在强电磁场下的响应特性;建立电磁辐射源和典型系统的电磁耦合模型,揭示了高强度辐射场对典型电路的影响机理;自主研制小型化的信号源内置式球形偶极子天线、基于光纤传输的信号源外置式偶极子天线,突破屏蔽效能测试关键技术,为系统电磁防护设计验证提供了方法和手段。
在E3试验与评估方面,针对系统级强射频电磁场试验评估,深化直接电流注入法的理论研究,研制试验装置,实现了强射频电磁场辐照效应模拟;研究混波室模式搅拌技术,2018年建成国内首个呼吸墙式混波室,探索混波室和暗室辐射发射和敏感度测试的相关性,为混波室技术的应用奠定了技术基础;改进基于混波室理论的腔体电磁环境分析方法,解决了腔体内设备敏感度评估的难题。
图2 呼吸墙式混波室
在EMC材料与防护器件性能评价方面,瞄准ASTM、SAE、IEC等国际标准技术发展,自主研制了系列测试设备,包括:1)、平板型材料、导电衬垫屏蔽效能测试装置,2)、材料表面电阻和搭接件射频搭接阻抗测试装置,3)、屏蔽电缆的转移阻抗和屏蔽衰减线注入法和三同轴法测试装置,4)、滤波器和脉冲防护器件性能测试装置,5)、材料介电常数和磁导率的传输/反射法、磁导率的电感线圈法和同轴腔法测试装置;提出基于混合模S参数的混波室和功率吸收钳测量方法;形成了EMC材料与电磁脉冲防护器件性能评价体系,获得了大量材料和器件性能实验数据和特性规律。
图3 平面型材料屏蔽效能法兰同轴测试装置
图4 端接阻抗对滤波器插入损耗性能影响测试
在E3标准技术及应用方面,主持和参加了GB/T17626.21、GB/T 12190等电磁兼容国家标准,以及GJB 72、GJB/Z 25、GJB 151/152、GJB 1389、GJB 8848等E3领域重要标准制修订。为有效贯彻实施标准,自主研发双锥天线、对数周期天线、双脊喇叭天线、横电磁波室(TEM Cell)、吉赫兹横电磁波室(GTEM Cell)等标准符合性测试设备;开发E3核心标准网络化课件和应用产品;开展了大量测试验证,制定了装备电磁材料电磁屏蔽性能数据手册和EMC设计指南。
图5 系列横电磁波室
主要成果
作为国内最早开展电磁兼容人才培养的高校之一,编写了《电子设备结构设计原理》、《电磁兼容性结构设计》等专业教材;参与编写了大型设计工具书《电磁兼容性工程设计手册》,是全书统稿工作的依托单位。
中心自上世纪80年代初期起从事电磁兼容相关标准的基础研究,主持和参与制订电磁兼容性国家标准和国家军用标准共计23项,其中,国家标准14项,国家军用标准9项。研究成果获省部级科技进步二等奖4项。
人才培养
50多年来长期坚持教学科研相长,强调研学结合,以科研反哺教学,改善教学实验条件,提高学生培养质量,超前培养出国家急需的电磁兼容专业人才。迄今为止培养本科人才逾1500名,研究生200余名。培养的学生在国防、航空航天、信息通信、汽车交通、电力电网、电子技术、计量测试等多个领域内得到广泛认可,许多学生已成为所在行业或单位的电磁兼容专家和骨干。
中心长期从事电磁兼容和电磁环境效应领域的基础、关键技术研究,积累了丰富的经验。未来继续围绕国家战略需求,秉承严谨务实、止于至善的传统,为我国电磁环境效应研究和人才培养做出新的贡献。